[发明专利]空间推进剂管理用锥形金属膜片的设计方法

说明书

本发明提供了一种空间推进剂管理用锥形金属膜片的设计方法，包括如下步骤：选择金属膜片的材料，初步确定金属膜片的外型；依据“要素‑性能关系”，对上述的金属膜片进一步优化设计；再次校核贮箱容积、排放效率和外包络尺寸，对上述的金属膜片进一步修改；依据上述确定的型面参数进行金属膜片的有限元模型创建，同时设置材料参数、边界条件和压力载荷，通过有限元分析软件对金属膜片进行仿真分析；根据仿真结果，结合“要素‑性能关系”，修正上述的金属膜片型面参数，迭代多次后确定最终的锥形金属膜片设计方案。本发明对锥形金属膜片的设计提供了一套可靠有效的方法，提高设计效率的同时也提高设计可靠性。

技术领域

本发明涉及航天压力容器技术领域，具体地，涉及一种空间推进剂管理用锥形金属膜片的设计方法。

背景技术

推进剂贮箱是空间飞行器推进系统实施推进剂储存和管理的装置，主要为发动机提供不夹气的推进剂。目前，导弹武器系统由于长期预包装存储需求和严格的推进剂晃动抑制要求，大多采用金属膜片贮箱。此外，卫星、载人航天、深空探测等领域也存在金属膜片贮箱的应用需求。金属膜片贮箱利用金属膜片实现气液隔离，在气体压力作用下，通过金属膜片的规律变形实现推进剂的排出。由于采用全金属结构，金属膜片贮箱既可以满足系统长期预包装需求，同时轴对称结构金属膜片的规律变形又可以保证系统质心的稳定性。但是，现有的金属膜片式膜片贮箱由于金属膜片工作原理所限只能采用球形或椭球形结构，无法满足总体锥柱形安装空间的需求，而金属膜盒式和金属柱塞式膜片贮箱又因重量大或密封性差等原因不是非常理想的选择。所以，亟需开发一种金属膜片，为新型锥形金属膜片贮箱的工程化和应用奠定技术基础。

公开号为CN104648696A的专利文献公开了一种航天用金属推进剂贮箱，包括壳体和金属膜片，壳体包括气路接嘴、上半球、连接环、下半球和液路接嘴，上半球和下半球通过连接环连接，气路接嘴与上半球连接，液路接嘴与下半球连接，金属膜片与连接环对接；其中壳体整体采用牌号为5B70的铝镁钪合金材质；金属膜片采用纯铝材质，同时提供了上述金属推进剂贮箱的制备方法。但是该专利文献未涉及金属膜片的设计方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空间推进剂管理用锥形金属膜片的设计方法。

根据本发明提供的一种空间推进剂管理用锥形金属膜片的设计方法，包括如下步骤：

步骤1：根据系统要求或性能要求选择金属膜片的材料，根据系统外包络和容积要求初步确定金属膜片的外型；

步骤2：依据“要素-性能关系”，对步骤1中的金属膜片进一步优化设计；

步骤3：再次校核贮箱容积、排放效率和外包络尺寸，对步骤2中的金属膜片进一步修改；

步骤4：依据步骤1中确定的型面参数进行金属膜片的有限元模型创建，同时设置材料参数、边界条件和压力载荷，通过有限元分析软件对金属膜片进行仿真分析；根据仿真结果，结合“要素-性能关系”，修正步骤3中的金属膜片型面参数，迭代多次后确定最终的锥形金属膜片设计方案。

优选的，所述步骤1中，所述金属膜片的材料为以下任意一种：纯铝、纯钛、不锈钢。

优选的，所述步骤1中，选择所述金属膜片的材料的依据包括：推进剂相容性、焊接、排放性能、外包络、重量以及成本。

优选的，所述步骤2中，所述要素包括厚度t、翻边半径R、半锥角α以及深径比H/Di。

优选的，所述深径比H/Di为0.5～0.8，所述半锥角α为3°～12°，所述翻边半径R为2.7～6.5。

优选的，所述步骤2中，所述性能包括排放效率、容积、排放稳定性、启动压差、排放压差以及重量。

优选的，所述要素-性能关系具体为：